传热学学习要点.docx

传热学杨世铭陶文铮。、文章根架1绪论1.1 传热学的探讨内容及其在科学技术和工程上的应用1.2 吸能传域的三种基本方式1.3 传热过程和传热系数1.4 传热学的发展简史和探讨方法2稳态热传导2.1 导热基本定律一一傅里叶定律2.2 导热问题的数学描写2.3 典型以为稳杰导热问题分析解2.4 通过肋片导热2.5 具有内热源的一维导热问题2.6 多稔态导热的求解3非稳态热传导3.1 非稳态导热的基本就念3.2 零维问题的分析法一一集中参数法3.3 典型一维物体非稳态导热的分析解3.4 半无五大物体的非稳杰导热3.5 简洁几何形态物体多维非稳态导热的分析解4热传导问题的数值修法4.1 导热问题数值求解的基本思想4.2 内节点离散方程的建立方法4.3 边界节点离散方程的建立方法4.4 非稔态导热问题的数值解法5对流传牯的理论并础5.1对流传热就况5.2 对流传热问履的数学描写5.3 边界层型对流问题的数学猫写5.4 流体外掠平板传热层流分析解及比拟理论6单相对流传热的试验关联式6.1 相像原理与量纲分析6.2 相像原理的应用6.3 内部强制对流传热的试验关联式6.4 外部强制对流传热一一流体横掠单管、球体及管束的试验关联式6.5太空问与有限空间内自然对流传热的试驶关联式6.6射流冲击传热的试脸关联式7相交对流传热7.1 凝聚传热的模式7.2 膜状凝聚分析解及计算关联式7.3 ,膜状凝聚的影响因素及其传热强化7.4 沸胁传热的模式7.5 大容器沸脑传热的俄验关联式7.6 沸腌传热的影响因素及其强化7.7 热管简介8热辑射落本定律和制射停性8.1热辐射现象的基本概念8.2 黑体热辐射的基本定律8.3 固体和液体的辎射特性8.4 实际物体对辐射能的谀取与弱射关系8.5 太阳与环境幅射9制射传照的计算9.1 辐射传热的角系数9.2 两表面封闭系统的辐射传热9.3 多表面系统的辐射传热9.4 气体辐射的特点及计算9.5 辐射传热的限制（强化与减弱）9.6 号合传热问题分析10传热过程分析与排热总计算10.1 传热过程的分析计算10.2 换热器的类型10.3 换热器中传热过程平均温差的计算10.4 间壁式换热器的热设计10.5 热量传递过程的限制（强化与减弱）11传质学简介11.1 质扩散与斐克定律11.2 对流传康及表面传质系数一、结论1.1 传热学的探讨内容及其在科学技术和工程上的应用P1.1.1.1 传热学的探讨内容传热学就是探讨温差引起的热能传递规律的科学。热力学其次定律指出：凡是有温差存在的地方，就有热能自发的从高温物体向低湿物体传递。1.1.2 传热学中的连续介.质假定传热学的连续介历假定：将物体中的温度，密度，速度，压力等物理参数都是空间的连续函数。1.1.3 传热学和工程热力学的关系传热学和工程热力学的区分：工程热力学是探讨处r平衡状态的系统，其中不存在温度差和压力差，而传热学探讨的就是温度和压力的差别.工程热力学不关注时间参数,而传热学与时间亲密相关，关注单位时间里传递多少内能。1.1.4 传热学在科学技术各个领域中的应用（1）强化传热（2）减弱传热（3）温度限制1.2 吸能传递的三种基本方式P4热传导，热对流，热扩散1.2.1 热传导热传导：物体各个部分不发生位移时，依靠微观粒子的热运动而产生的热能传递过程，简称导热.1.2.2 热村流热对流：流体的宏观流淌引起的流体各部分之间发生相对位移，冷热流体相互混掺导致的热量传递过程123热辐射热辐射：物体通过电磁波来传递能量:的方式称为热情射1.3 传热过程和传热系数P12传热过程:热量由壁面一的流体通过壁面传到另一WI流体中去的过程称为传热过程。13.1 传热方程式从热流体到壁面高温侧的热量传递13.2 传热热限!/(Ak)1.4 传热学的发展简史和探讨方法P15141传热学发展简史1.4.1 世纪后半叶的近代发展1.4.2 传热学的探讨方法1试验测定2理论分析3数值模拟补充学问传热学：探讨由温差引起的热能传递规律的科学。热力学第肯定律也就是能他守恒定律。自从焦耳以无以辩驳的精确试验结果证明机械能、电能、内能之间的转化满遨守恒关系之后，人们就认为能量守恒定律是自然界的一个普遍的基本规律。热力学其次定律有几种表述方式：克劳修斯表述：热量可以自发地从温度高的物体传递到较冷的物体，但不行能自发地从温度低的物体传递到温度高的物体；开尔文-普朗克表述不行能从单一热源吸取热量，并将这热量完全变为功，而不产生其他影响。焰表述随时间进行，一个孤立体系中的燃总是不会削减.热力学第一：定律通常表述为肯定零度时，全部纯物质的完备晶体的熄值为零。或者肯定零度(T=OK即-273.15C)不行达到。二、稳态热传导2.1 导热基本定律一傅里叶定律P332.1.1 各类物体导热机理2.1.2 温度场等温面：同一瞬间相同温度的各个点连成的面成为等温面。等温线：在任何一个二维的截面上等温面表现为等温线.2.1.3 导热基本定律傅里叶定律：在导热过程中，单位时间内通过给定界面的导热量，正比于垂直该截面方向上的温度改变率和截面面积，而热量传递的方向则与温度上升的方向相反。2.1.4 热系数H2.1.5 工程导热材料一般分类2.2 导热问题的数学描写P41依据能址守恒定律和傅里叶定律来建立物体中的湿度场应当满意的改变关系式，称为少热微分方F1.导热微分方程是全部导热物体的温度场都应满意的通用方程，对各个详细的问题，还必需规定相应的时间和边界条件，称为定解条件.导热微分方程及相应的定解条件构成了一个导热问题完整的数学描写.2.2.1 导热微分方程描写导热过程共性的数学表达式222定解条件第一类边界条件：规定了边界上的温度值，称为第一类边界条件其次类边界条件：规定了边界上的热流密度值，称为其次类边界条件第三类边界条件：规定了边界上物体与四周流体间的表面传热系数h及四周流体的温度t,称为第三类边界条件。223热扩散率的物理意义以物体受热升温的状况为例作为分析。在物体受热升温的非秘态导热过程中，进入物体的热量沿途不断地被汲取而当地温度上升，此过程持续到内部各点温度全部扯平为止。a=pc224博里叶定律及导热微分方程的适用范围基石热扰动的传递速度是无限大的假定之上的，对一般工程技术中发生的非稳态导热问题，热流密度不是很高，过程作用的时间足够长，过程发生的尺度也足够大不适用状况：（1）导热物体温度接近OK<2）当过程的作用时间极短（3）当过程发生的空间尺度微小2.3 真型一维稳态导热问题分析解P462.3.1 物体温度仅在个方向改变2.3.2 通过平壁的导热1单层平壁2多层平壁2.3.3 通过假他壁的导热1单层恻筒壁2多层圆筒壁223通谑球壳的导热2.3.4 带其次类，第三类边界条件的一维导热问题以电熨斗底板为例235受截面或受导热系数的一维问题2.4 通过肋片导热P57肋片是依附于基础表面上的扩展面，;通过肋片，有效的增加换热面积2.4.1 通过等截面直肋的导热（1）物理模型。将所探讨的问题简化为一维稳态导热问题（2）数学描写。（3）分析求解.（4）解的应用2.4.2 肋效率与肋面总效率（1）等截面直肋的效率。P62几个公式（2）其他形态肋片的效率。P63几个公式243.肋片的选用与鼠小重量勖片肋片增大了导热面积但是同时增加了导热阻力，因此须要选择合适的大小。244接触热阻肋片与管子接触会有空隙,这就是附加的接触热FIh2.5 具有内热源的一维导热问题P70上述问题都是探讨一维无内热源的导热问题。2.5.1 具有内热源的平板导热2.5.2 具有内热源的圆柱体导热2.6 多稳态导热的求解P76261稳态导热问题求解方法简述（1）分析解法。分别变量法，积分法。（2）数值解法。通过计算机获得导热问题的数值解方法。（3）模拟方法。通过电势的传递规律进行探讨2.6.2计算导热量的形态因子法形态因了法：通过平壁、圆筒壁、球壁及其他变截面以为问题导热量的计算式总结出一个方程：263求解稳杰导热分别变量法举例三、非稳态热传导3.1 非稳态导热的基本概念P112物体的温度随时间改变的导热过程称为I1.心态导热。依据物体温度随时间的推移而改变的特性。3.1.1 非稳态导热过程的特点及类型依据物体温度随时间的推移而改变的特性可以分两类：1、物体的温度随时间的推移而渐渐趋近丁恒定值：3.1.2 温度随时间的周期性改变。本书不探讨周期性非稳态导热。3.1.3 导热微分方程解的唯一性定律导热微分方程式连同初始条件以及边界条件，完整的描写f一个特定的非稳态导热问题。非稳态导热问题的求解，实质上是规定的初始条件及边界条件下求解导热微分方程式。3.1.4 笫三类边界条件下Bi数时平板中温度分布的影响hB1.m=T无址纲数般被称为特征数.习惯上又被称为准则数。3.2 零维问题的分析法一集中参数法P117当固体内部导热热阻远小其表面的换热热阻时，任何时刻固体内部的湿度都趋F一样，以致可以认为整个固体在同一瞬间均处rI可一温度下.这种忽视物体内部导热热阻的简化分析方法称为集中参数法。比如测量改变者的温度的热电偶。321集中参数法温度场分析解各个公式P1.183.2.2导热量计算式、时间常数与俾里叶数1导热量计算公式。2时间常数。3傅里叶数的物理意义。傅里叶数F。，,也义为两个时间间隔相除得到的无地纲时间。323集中参数法的适用范围及应用举例当Bi很小时可以采纳集中参数法。小于等于0.13.3 典型一维物体非稳态导热的分析解P123所谓的一维，是指：对平板，温度仅延厚度方向改变：对圆柱和球体，温度仅沿半径方向改变。3.3.1 三种几何形态物体的温度场分析解1平板2圆柱3球3.3.2 非稔态导热正规状况阶段分析解的简化1#稳态导热正规状况阶段的物理概念与数学含义2正规状况阶段三个分析解的简化表达式3.3.3 一段时间间隔内所传导的热量计算式333非稳态导热正规状况阶段的工程计算方法1图线法2近似拟合公式法334分析解应用范围的推广及F。、Bi对过程影响的探讨3.4 半无限大物体的非稳态导热P133半无限大物体是指向上卜无限延长，并且在每一个与X坐标垂直的界面物体的温度都相等。可以看做是一维平板的一种特别状况。3.4.1 三种边界条件下半无限大物体温度场的分析解这种状况的三类边界条件1温度突然改变到1%并保持恒定2受到恒定的热流密度加热3与湿度为t无穷的流体进行热交换3.4.2 导热量计算式P135343分析解的探讨3.5 简洁几何形态物体多维非稳态导热的分析解P138在多维导热间期中，几种简洁几何形态物体的非程态导热问题的分析解，可以用几个相应的一维非稳态导热分析解相乘得出，成为乘积解法。3.5.1 获得无量纲温度场的乘积解法P1383.5.2 二维问题的证明P1403.5.3 导热学的计算P142四、热传导问题的数值解法P1624.1 导热问题数值求解的基本思想P1624.1.1 基本思想对物理问题进行数值求解的基本思想可以概括为：把原来在时间空间坐标系中的连续的物理&：的场，如导热物体的温度场.用有限个离散点上的值的集合来代替，通过求解按肯定方法建立起来的关于这些值的代数方程，来获得离散点上被求的物理量的值，。这些离散点上的被求物理量的值的集合成为该物理量的数值解。4.1.2 导热问题数值求解基本步腺1建立限制方程及定解条件2区域离散化3建立节点物理量的代数方程4设立迭代初场5求解代数方程组4.2 内节点离散方程的建立方法P165建立节点离散方程的方法有泰勒级数绽开法,及热平衡法两种。4.2.1 泰勒级数雄开法422热平衡法对每个节点所代表的元体用俾里叶导热定律干脆写出其能量表达式。4.3 边界节点齐散方程的建立方法P1674.3.1 边界节点离散方程的建立第一类边界问题干脆求解，二三类则补充相应的未知量的代数方程（如温度）432处理不规则区域的阶梯里靠近法当计算区域中出现曲线边界或者倾斜的边界时，经常用阶梯型折线代替真实边界，然后再用上述方法建立离散方程。433求解代数方程的迭代法干脆解法：通过有限次运算获得代数方程的精确解方法。迭代法：在迭代法中先对要计算的场做出假设，在迭代计算过程中不断改进，直到计算前的假定值与计算后的结果相差小到允许值为止。1庙斯-赛德尔迭代法2迭代过程是否以收敛的依据3迭代过程能否收敛的判据4.4 非稳态导热问题的数值解法P174非稳态导热与稳态导热的主要差别在于限制方程多了一个非桎态项，而其扩散项的离散方法和桎态导热一样的。4.4.1 时间.空问区域的离散化4.4.2 一维平板非稳态导热的显示格式4.4.3 非稳态导热方程的隐式格式444边界节点的离散方程445-维平板非稳态导热显示格式褥散方程殂及稳定分析五、对流传热的理论基础P1975.1 对流传热概况5.11对流传热的影响因素1流体流淌起因2流体有无相变3流体的流淌状态4换热表面的几何因素5流体的物理性质5.1.2对流传热现象的分类1有相变<1）混合对流（2）强制对流内部流淌A圆管内强制对流传热B其它形态截面管道内的对流传热外部流淌外掠平板的对流传热B外掠总根圆管的对流传热C外掠圆管管束的对流传热I）外掠其他截面形态柱体的对流传热E射潦冲击传热（3）自然对潦大空间自然对流有限空间自然对流2无相变（1）沸腾传热大容器沸膊管内沸腾（2）凝聚传热管外凝聚管内凝聚51.3对流传热的探讨方法1分析法2试脸法3比拟法4数值法5.1.4如何从解得的温度场来计算表面传热系数5.2 对流传热问题的数学描写对流问题完整的数学描写包括对流传热微分方程组以及定解条件，牵着包括质量守恒，动量守恒以及能量守恒这三大守恒定律的数学表达式。5.2.1 运动流体能量方程的推导1简化假设2微元体能量收支平衡的分析3几点探讨522对流传热问题完整的数学描写1限制方程式2定解条件5.3 边界层型对流问题的数学描写53.1 流淌边界层及其厚度的定义1流淌边界层及其厚度的定义2流淌边界层内流态3流淌边界层内的动量方程53.2 2热边界层及热边界层能量方程1热边界层及厚度定义2热边界层内的能量方程533二维、稳态边界层型对流传热问题的数学描述5.4 流体外擦平板传热层流分析解及比拟理论5.4.1 流依外掠等温平板传热的层流分析解5.4.2 特征新方程努赛尔数、U543普朗特数的物理意义普朗特数表征了流淌边界层与热边界层的相对大小。5.4.4 比拟理论的菸本思想比拟理论：利用两个不同物理现象之间在限制方程方面的类似性，通过测定其中一种现象的规律而获得另一种现象的基本关系的方法。如测电潦推断热潦。5.4.5 比拟理论的应用六、单相对流传热的试验关联式6.1 相像原理与量纲分析6.1.1 物理现象相像的定义6.1.2 相像原理的基本内容6.1.3 导出相像特征数的两种方法6.2 相像原理的应用6.2.1 应用相像原理指导试验的支配及试酸数堤的整理6.2.2 应用相像原理指导模化试验623应用特征数方程应留意之点624对试验关联式精确性的正确相识6.3 内部强制对流传热的试跄关联式6.3.1 管樗内强制对流流淌与换热的一些特点6.3.2 管槽内滞流强制对流传热关联式6.3.3 管槽内层流强制对流传热关联式634微细尺度通道内的流淌与传热及纳米流体传热简介6.4 外部强制对流传热一流体横掠单管、球体及管束的试睑关联式6.4.1 流体横掠单管的试验结果642流体外掠球体的试验结果643流体横掠管束的试验结果6.5 大空间与有限空间内自然对流传热的试验关联式6.5.1 自然对流传热现象的特点6.5.2 自然对流传热的限制方程与相像特征数653大空间自然对流传热的试验关联式654有限空间自然对流传热的试脸关联式6.5.5 混合对流简介6.6 射流冲击传热的试验关联式6.6.1 单个IS喷嘴射流的流场结构及局新换热强度的分布特点6.6.2 单个网喷嘴射流平均传热特性的试赘关联式6.6.3 单个狭缝喷嘴射流平均传热特性的试验关联式七、相变对流传热7.1 凝聚传热的模式7.1.1 珠状凝聚与膜状凝聚7.1.2 凝聚液构成了蒸汽与壁而间的主要热阻7.1.3 膜状凝聚是工程设计的依据7.2 膜状凝聚分析解及计算关联式.7.2.1 努赛尔的蒸汽层流膜状凝聚分析解7.2.2 竖直管与水平管的比较及试脸舲证7.2.3 湍流膜状凝聚7.3 膜状凝聚的影响因素及其传热强化731膜状凝聚的影响因素732膜状凝聚的强化原则和技术7.4 沸晨传热的模式7.4.1 大容器饱和沸腾的三个区域742临界热流卷度机器工程意义7.4.3 气泡动力学简介7.5 大容器沸磨传热的试舱关联式7.5.1 大容器饱和核态沸腾的无量纲关联式7.5.2 大容器饱和沸脸临界热负荷计算式753大容器饱和液体艘态沸腾传热计算7.6 沸磨传热的影响因素及其强化7.6.1 影响沸播传热的因素7.6.2 强化沸膈传热的原则技术7.7 热管筒介7.7.1 热管的工作原理772热管壳体材料与工质之间的相容性7.7.3 热管中各个传递环节的热阻分析八、热辐射基本定律和辐射特性8.1 热制射现象的基本概念8.1.1 辎射定义及区分于导热对流的特点81.2从电磁波角度描述热辐射的特性8.2 黑体热辐射的基本定律8.2.1 斯忒潘玻耳兹曼定律8.2.2 普朗克定律8.2.3 兰贝特定律8.3 固体和液体的辐射转性8.3.1 实际物体的辐射力832实际物体的光谙辐射力833实际物体的定向辐射强度8.4 实际物体对辐射能的汲取与辐射关系8.4.1 实际物体的汲取比842灰体的概念及其工程应用8.4.3 汲取比与放射率的关系一一基尔雷夫定律844温室效应8.5 太阳与环境辑射8.5.1 人阳常数852太阳能闯过大气层时的减弱853环境辐射8.5.4 榻分物体对太阳能的汲取比九、辐射传热的计算9.1 辐射传热的角系数9.1.1 角系数的定义及计算假定9.1.2 角系数的性质9.1.3 角系数的计算方法9.2 两表面封闭系统的辐射传热9.2.1 封闭腔模型及黑体表面组成的封闭腔9.2.2 有效辑射两个谩灰表面组成的豺闭腔的辐射传热9.3 多表面系统的辐射传热9.3.1 两表面化热系统的辐射网格9.3.2 表面封闭系统网格法求解的实施步骤9.3.3 三表面封闭系统的两种特别情形9.3.4 多表面封闭系统辐射传热计算的几点说明9.4 气体辐射的特点及计算9.4.1 气体辎射的特点942光谙辐射能在气层中的定向传递9.4.3 平均射线程长的计算944水蒸气，二氧化碳放射率，汲取比的苗历确定突显9.4.5 线体与黑体包壳间的辐射传热计算9.5 辐射传热的限制（强化与比弱）9.5.1 泯制物体表面间的辐时传热方法952速热板的原理及其应用9.6 综合传热问题分析9.6.1 测定炉膜箱射热流密度简易方法的原理分析962遮热眼抽气式热电偶为什么能削成气体温度的测量误差963辎射传热系数十、传热过程分析与换热器计算10.1 传热过程的分析计算10.1.1 通过平壁的传热过程计算10.1.2 通过圆筒壁的传热过程计算10.1.3 通过肋壁的传热过程计算10.1.4 临界热绝缘直径10.2 换热辱的类型10.2.1 换热器的分类1022间壁式换热器的主要形式1023提高换热器紧凑型的途径103换热劈中传热过程平均温差的计算10.3.1 简洁顺、逆流换热器的平均温差计算10.3.2 其他困鹿布置时平均温差计算10.3.3 不同流淌布置形式的比较10.4间量式换热骞的热设计10.4.1 两秒类型的设计和两柠设计方法10.4.2 换热器热设计平均温差法10.4.3 换热器热设计的效能一传热单元数法10.4.4 换热器的污垢热阻1045关于换热器的补充说明105热量传递过程的限制（强化与减弱）10.5.1 强化传热问题概说1052强化传热技术分类10.5.3 强化单相对流传热技术理论进一步探讨10.5.4 热阻分别法1055隔热保温技术十一、传质学简介11.1 质扩做与斐克定律11.1.1 混合浓度的表示方法11.1.2 质扩散菲克定律及典型扩散过程11.2 对流传质及表面传质系数11.2.1 对流传质表面传质系数1122对流传热与传质的类比